La stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) sul solco intraparietale non influenza le prestazioni della memoria di lavoro Parte 1

ASTRATTO

Sono stati riportati risultati contrastanti sull’impatto della stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) sulla memoria di lavoro.

Negli ultimi anni, con il continuo sviluppo della tecnologia medica, la stimolazione transcranica a corrente continua è gradualmente diventata un metodo di trattamento promettente. Le sue applicazioni coprono molti ambiti, come la depressione, l'ansia, il morbo di Parkinson, ecc. Ciò che esploreremo in questo articolo è il suo rapporto con la memoria.

Innanzitutto, la stimolazione transcranica a corrente continua può promuovere il miglioramento della memoria. Alcuni risultati della ricerca suggeriscono che la stimolazione transcranica con corrente continua può avere un impatto positivo sulla memoria migliorando l’attività nell’ippocampo. Nell'esperimento, la memoria dei soggetti è migliorata significativamente dopo molteplici stimolazioni. Questo risultato ha un certo significato di riferimento per il trattamento clinico.

In secondo luogo, la stimolazione transcranica a corrente continua può essere applicata alla riabilitazione della memoria. Per alcuni pazienti che hanno subito traumi, come traumi cerebrali, ictus, ecc., ciò può causare perdita di memoria e influire sulla vita e sul lavoro normali. Il trattamento con stimolazione transcranica a corrente continua può favorire la rigenerazione dei neuroni danneggiati, migliorando così la funzione dell'area danneggiata e migliorando la capacità di memoria del paziente.

Infine, la stimolazione transcranica con corrente continua può espandere la capacità di riserva delle capacità di memoria. Sebbene la riserva di memoria di ognuno sia diversa, la stimolazione transcranica a corrente continua può attivare i neuroni nel cervello e aumentare la capacità di riserva di memoria. Ciò ci consente di avere più capacità di elaborazione e capacità di informazioni familiari e nuove nell'apprendimento e nella vita successivi.

In sintesi, la relazione tra stimolazione transcranica a corrente continua e memoria ha importanti implicazioni. Che si tratti di miglioramento della memoria, riabilitazione o espansione delle capacità, ha ampie prospettive di applicazione e fattibilità e ha un ruolo positivo nel promuovere la vita e il lavoro delle persone. Si può vedere che abbiamo bisogno di migliorare la memoria, e la Cistanche deserticola può migliorare significativamente la memoria perché la Cistanche deserticola è un materiale medicinale tradizionale cinese che ha molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia di Cistanche deserticola deriva dai numerosi principi attivi che contiene, tra cui acido tannico, polisaccaridi, glicosidi flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono promuovere la salute del cervello attraverso una varietà di percorsi.

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Contrariamente agli studi precedenti che si concentravano principalmente sulla stimolazione della corteccia prefrontale dorsolaterale, abbiamo modulato l’area intraparietale del solco sinistro (IPS) che si ritiene supporti gli aspetti di controllo dell’attenzione della memoria di lavoro.

Utilizzando un disegno sperimentale interno al partecipante, i partecipanti hanno completato tre diverse condizioni: stimolazione anodica dell'IPS, stimolazione catodica dell'IPS e stimolazione fittizia dell'IPS. Sono stati somministrati compiti di memoria di lavoro sia visiva che verbale.

Nel compito visivo, i partecipanti dovevano memorizzare una serie casuale di figure colorate. Nel compito verbale, i partecipanti dovevano memorizzare una serie di lettere. Il carico della memoria di lavoro è stato manipolato in entrambi i compiti (sei cifre/lettere contro due cifre/lettere).

Non sono state riscontrate differenze significative nell'accuratezza o nel tempo di reazione tra le condizioni anodica, catodica e fittizia. L’analisi bayesiana ha supportato l’evidenza di un’assenza di effetto.

I risultati della preLo studio inviato si aggiunge al crescente corpo di prove contraddittorie riguardanti gli effetti modulatori della DCS a sessione singola sulle prestazioni della memoria di lavoro.

INTRODUZIONE

La memoria di lavoro (WM) coinvolge diversi processi cognitivi che ci permettono di mantenere attiva una quantità limitata di informazioni per un breve periodo. È una capacità cruciale per il processo decisionale e il ragionamento (Diamond,2013).

La capacità della WM inizia a diminuire relativamente presto nell'età adulta (Park et al, 2002) ed è spesso compromessa dopo una lesione cerebrale (Dunning, Westage e Adam, 2016), nel contesto di disturbi dello sviluppo e psichiatrici (Kofler et al, 2018; Barch & Ceaser, 2012 ) o come risultato dello stress (Kim, Woo e Woo, 2017).

Molti studi hanno quindi cercato di determinare se la capacità della WM potesse essere allenata o potenziata, con gradi di successo molto variabili per quanto riguarda sia le tecniche di stimolazione comportamentale che quella neurale (Melby-Lervag & Hulme,2013; Soveri et al, 2016).

Una delle tecniche di stimolazione neurale comunemente utilizzate è la stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS). La tDCS consiste nell'applicazione alla testa di due elettrodi in spugna imbevuti di soluzione salina, attraverso i quali viene fatta passare una debole corrente (0,5–2 mA).

Dopo pochi minuti di stimolazione, l'attività neuronale spontanea nelle aree della corteccia sottostanti le zone di stimolazione viene aumentata (stimolazione anodale) o inibita (stimolazione catodica) (Nitsche & Paulus, 2000).

La stimolazione anodica è stata utilizzata principalmente per aumentare le prestazioni comportamentali mentre la stimolazione catodica è stata utilizzata per comprometterle. È stato dimostrato che gli effetti della stimolazione persistono per un breve periodo anche dopo l'interruzione della stimolazione (Kuo et al, 2013).

tDCS E WM

Negli ultimi quindici anni molti studi hanno cercato di utilizzare la DCS per migliorare la WM. Molti di questi studi hanno riportato effetti positivi.

Il primo studio di Marshall, Mölle, Siebner e Born (2005) ha applicato la tDCS anodica e catodica bilateralmente sulla corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC) mentre i partecipanti eseguivano un compito di Sternberg modificato.

La stimolazione è stata eseguita in modo intermittente (15 secondi acceso/15 secondi spento) per 15 minuti con una bassa intensità di corrente di 260 µA. Gli autori hanno riscontrato un aumento del tempo di reazione sia per la stimolazione anodica che per quella catodica rispetto alla stimolazione simulata, suggerendo che la tDCS influenza l'elaborazione neurale della selezione e della preparazione della risposta.

Subito dopo, Fregniet al. (2005) hanno dimostrato che la stimolazione anodica della DLPFC sinistra durante un compito three-back ha portato ad un aumento delle prestazioni in termini di accuratezza rispetto alla stimolazione simulata, mentre la stimolazione catodica della DLPFC e la stimolazione anodale della corteccia motoria primaria non hanno mostrato differenze.

Da allora, alcuni studi hanno replicato questi risultati (Katsoulaki, Kastrinis e Tsekoura, 2017 per una revisione) mentre altri non sono riusciti a segnalare alcun effetto significativo della tDCS sulle prestazioni della WM (Robison, McGuirk e Unsworth, 2017; Wang, Wen e Li, 2018 ). Più in particolare, in uno studio composto da quattro sessioni di allenamento abbinate ad anodaltDCS su DLPFC, Ruf, Fallgatter e Plewnia (2017) hanno mostrato un miglioramento significativo nelle prestazioni della WM su un compito N-back.

Inoltre, questo miglioramento sembrava essere trasferibile a compiti simili, non addestrati, e duraturo poiché un effetto poteva ancora essere oggettivato nove mesi dopo l'addestramento.

Risultati simili sono stati ottenuti anche da Au e colleghi (2016) che mostrano che i guadagni legati alla tDCS sono durati per diversi mesi dopo sette sessioni di allenamento.

Inoltre, Bogdanov e Schwabe (2016) hanno dimostrato che la tDCS anodica sulla DLPFC potrebbe anche ridurre significativamente l'effetto dirompente dello stress sulla WM, e Brunyé, Moran, Holmes, Mahoney e Taylor (2017) hanno dimostrato che la tDCS anodica del giro fusiforme destro potrebbe aumentare la WM prestazioni per il riconoscimento facciale ma non per oggetti diversi dal volto (case).

D’altro canto, numerosi studi non hanno rivelato alcun effetto significativo della tDCS sulla WM.

Ad esempio, Nikolin, Martin, Loo e Boonstra (2018) hanno confrontato cinque gruppi di venti soggetti stimolati a cinque diverse intensità (2 mA, 1 mA, 0.034 mA , 0,016 mA e 0 mA) sul DLPFC e non ha riscontrato differenze nelle prestazioni tra i gruppi in un'attività visiva 3-back WM. Allo stesso modo, Robison e colleghi (2017) hanno riferito che la stimolazione della corteccia prefrontale e della corteccia parietale posteriore non ha indotto alcuna differenza significativa nelle prestazioni della WM.

Allo stesso modo, Nilsson, Lebedev, Rydström e Lövdén (2017) non hanno osservato alcuna differenza significativa dopo venti sessioni di allenamento comportamentale sulla WM accoppiato con un'anodaltDCS della DLPFC. Nel complesso, le meta-analisi più recenti indicano l'assenza di prove affidabili per il miglioramento della WM correlato alla tDCS. (Horvath, Forte e Carter, 2015; Medina & Cason, 2017) oppure indicano solo effetti molto piccoli (Hill, Fitzgerald e Hoy, 2016; Mancuso, Ilieva, Hamilton e Farah, 2016).

Horvath e colleghi (2015) hanno messo insieme tutte le misure dei risultati cognitivi pubblicate in letteratura e hanno studiato popolazioni adulte sane da almeno due diversi gruppi di ricerca. Hanno condotto 59 analisi diverse e nessuna di queste ha mostrato un effetto significativo della stimolazione tDCS.

Mancuso e colleghi (2016) hanno concentrato la loro meta-analisi su studi che valutavano gli effetti della stimolazione anodale della DLPFC destra e sinistra e del lobo parietale destro, nonché della DLPFC sinistra abbinata all'allenamento della WM.

L’unico risultato significativo (anche se piccolo) riportato dalla loro meta-analisi è stato un miglioramento delle prestazioni della WM in seguito alla stimolazione della DLPFC sinistra abbinata all’allenamento della WM. Hill e colleghi (2016) hanno studiato gli effetti della tDCS anodica su una varietà di compiti WM e hanno riscontrato un effetto piccolo ma significativo sul tempo di reazione (oltre a una tendenza sull'accuratezza) per la tDCS offline.

Non sono stati riscontrati effetti per la tDCS online. Medina e Cason (2017) hanno utilizzato uno strumento meta-analitico sviluppato da Simonsohn e colleghi (2014) per esaminare la distribuzione dei valori p pubblicati in funzione delle distribuzioni previste in base alle diverse dimensioni dell'effetto negli studi esaminati da Mancuso e colleghi (2016). Conducendo questa analisi della curva p non hanno trovato prove che gli studi tDCS fossero associati a effetti significativi.

APPROCCI ALTERNATIVI DELLE tDCS SULLA WM

Alla luce della letteratura esaminata finora si possono trarre due conclusioni: o gli effetti della tDCS sulla WM sono molto piccoli (o inesistenti) e quindi difficili da ottenere e replicare, oppure la tDCS ha un effetto ma dipende dalla stimolazione specifica e dai parametri del compito. che sono attualmente sconosciuti.

Il presente studio mirava a esaminare la seconda possibilità, utilizzando un approccio di stimolazione della WM teoricamente ed empiricamente informato, basato sui recenti sviluppi delle nostre conoscenze sui processi cognitivi e neurali che supportano la WM sia verbale che visuo-spaziale.

Le attuali teorie sulla WM pongono una forte enfasi sul ruolo svolto dall’attenzione. Nel suo quadro integrato sulla WM e l'attenzione, Cowan (1995) ritiene che una componente essenziale della WM sia la focalizzazione e il controllo dell'attenzione; queste due componenti consentono di mantenere il contenuto della memoria in uno stato attivo e sono considerate definire, almeno in parte, la capacità WM.

Sono stati descritti numerosi altri modelli di WM che attribuiscono un ruolo centrale all'attenzione nelle prestazioni della WM (Barrouillet, Bernardin e Camos, 2004; Kane & Engle, 2004). Il ruolo dei processi attenzionali nella WM è supportato da prove empiriche come il coinvolgimento di due ben noti reti attenzionali quando i partecipanti eseguono compiti di WM.

L'attenzione dipende da almeno due reti antagoniste nel cervello, la rete di attenzione dorsale e la rete di attenzione ventrale (Corbetta & Shulman, 2002; Vossel, Geng e Fink, 2014).

La rete di attenzione dorsale controlla lo spiegamento volontario, dall'alto verso il basso, dell'attenzione su oggetti o luoghi, mentre la rete di attenzione ventrale controlla il riorientamento dell'attenzione alla stimolazione sensoriale provocata da stimoli inattesi o inattesi (attenzione dal basso verso l'alto).

La rete dorsale comprende il solco intraparietale (IPS) e i campi oculari frontali (FEF) di ciascun emisfero, mentre la giunzione temporoparietale (TPJ) e la corteccia frontale ventrale (VFC) sono le regioni principali della rete ventrale.

È stato dimostrato che queste due reti intervengono anche nei compiti di WM, e ciò in modo dipendente dal carico e antagonista, sia nei compiti di WM verbali che in quelli visivi. La rete di attenzione dorsale mostra un aumento di attività all'interno dell'aumento del carico WM mentre la rete di attenzione ventrale mostra diminuzioni di attività dipendenti dal carico WM (Majerus et al., 2010, 2012, 2016; Todd & Marois, 2004; Todd, Fougnie, & Marois., 2005; Xu & Chun, 2006).

Dato il ruolo centrale della rete di attenzione dorsale centrata sull’IPS sinistro nei compiti della WM, il presente studio tDCS si è concentrato sugli effetti modulatori della stimolazione dell’IPS sinistro sulle prestazioni verbali e visive della WM.

Alcuni precedenti studi tDCS si sono già concentrati sulla stimolazione dell’IPS e hanno riportato risultati positivi, anche se non direttamente in un contesto WM. Ad esempio, la stimolazione bilaterale dell'IPS ha indotto prestazioni migliori nell'addizione mentale ma non in un compito Stroop (Klein et al., 2013; Artemenko, Moeller, Huber e Klein, 2015), mentre la stimolazione sull'IPS sinistro ha indotto un migliore riconoscimento successivo. memoria nei compiti di memoria episodica verbale (Jacobson, Goren, Lavidor e Levy, 2012).

È stato inoltre dimostrato che la stimolazione anodica sull'IPS destro ha migliorato le prestazioni di tracciamento degli oggetti in condizioni di carico elevato ma non in condizioni di carico basso, il che è coerente con l'effetto del carico di memoria sull'attività dell'IPS (Blumberg, Peterson e Parasuraman, 2015).

IInoltre, la stimolazione dell'IPS destro ha influenzato le prestazioni in un compito di attenzione visiva (Moos, Vossel, Weidner, Sparing e Fink, 2012). Tuttavia, un recente studio tDCS di Nikolin, Lauf, Loo e Martin (2019) non ha mostrato alcun effetto significativo dopo la stimolazione dell’IPS sinistro su un compito n-backWM.

Va, tuttavia, notato che hanno osservato dimensioni dell'effetto moderate sui compiti WM (ad esempio, 0.38 per il3-compito posteriore), e gli autori hanno sostenuto che la mancanza di significato avrebbe potuto essere il risultato di l’elevata variabilità interindividuale delle prestazioni.

Il presente studio mira ad estendere i risultati emergenti determinando se sia possibile aumentare e anche diminuire le prestazioni in un compito WM attraverso la modulazione dell'attività IPS associata alla rete di attenzione dorsale.

Coerentemente con i risultati precedenti, ipotizziamo che la stimolazione anodica dell’IPS sinistro migliorerebbe la rete di attenzione dorsale e porterebbe ad un aumento delle prestazioni della WM, ma solo in condizioni di elevato carico di WM.

Al contrario, assumiamo che la stimolazione catodica dell'IPS sinistro inibirebbe la rete di attenzione dorsale e porterebbe a una diminuzione delle prestazioni della WM per la condizione di elevato carico di WM. Non sono previsti effetti tDCS con un basso carico di WM perché questa condizione è associata a un alto tasso di successo e non spinge la capacità di WM al limite.

Utilizzeremo la statistica bayesiana per quantificare le prove sia a favore che contro l'esistenza di un effetto.

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